基于防排煙系統分析地下車庫排煙方式
2023-06-13 16:54:29李林芝孔鑫哲潘清清劉妍資
消防界 2023年24期
李林芝 孔鑫哲 潘清清 劉妍資
作者簡介：李林芝（2003-），女，漢族，四川南部人，本科，研究方向：安全工程。
摘要：隨著城市建設的高速發展，大量地下空間建筑涌現。建筑火災中的煙氣是影響火災逃生的一個危險因素，煙氣的有毒有害成分、高溫和遮光作用等極易導致人員傷亡。本文基于現有的建筑內排煙系統設計，分析某商業建筑地下車庫。首先，依據現行規范計算排煙量、送/補風量；其次，根據建筑物的具體情況完成系統布局，并進行阻力計算；最后，根據阻力、風量及現行規范進行設備選型。排煙系統在各類建筑中發揮著至關重要的作用，能夠減少有害氣體對人員的危害，提高疏散效率。
關鍵詞：防排煙系統；防煙分區；排煙量；補風量
一、國內外研究背景
在國內，防排煙工程的發展相對較晚，但隨著經濟社會的快速發展，防排煙工程的重要性逐漸凸顯。中國的建筑工藝與風格在不同時期發生了很大的改變，防排煙系統也在不斷演變。尤其是近年來，隨著高層建筑、地下建筑和大型公共設施的增多，防排煙技術發展迅速，取得了一系列技術突破和應用成果。1983年6月1日試行的《高層民用建筑設計防火規范》GB J4582中，防煙和排煙的概念被正式提出，從那時起防排煙就成為了一項重要的建筑防火系統［1］。國內防排煙工程的發展主要得益于國家對消防安全的政策支持。近年來，國家大力推廣消防安全措施，防排煙工程作為消防安全的重要手段，其發展得到了社會各界的關注。在國內防排煙工程的發展過程中，還出現了一些具有自主知識產權的技術和產品，如智能防排煙系統，這些技術和產品在消防安全領域發揮著越來越重要的作用。
在國外，防排煙工程的發展較早，技術成熟且應用領域廣泛。從20世紀初開始，隨著工業革命的推進，建筑火災事故頻發，防排煙技術逐漸受到重視。美國的煙氣控制系統具有較高的技術水平，尤其在性能化設計上處于世界領先地位。重點采用仿真分析與實測相結合的方法，以保證在不同的消防環境下具有較好的防煙效果。在消防安全方面，美國是最早進行消防研究和發展的國家之一，也是建筑技術較為先進的國家之一，并形成了一套較為完善的消防安全體系。美國的防排煙系統設計理論、設計方法和技術水平已達到了較高水平。
二、防煙分析
該工程設計對象為某商業建筑地下汽車庫負一層，該地下車庫層高4m，車庫所用面積為6745.68m2/層，汽車庫安裝了自動滅火系統。
（一）防煙分區劃分
某商業建筑設有機械排煙地下車庫，當發生火災時，為了排出室內煙氣，防止火勢蔓延，應采用機械排煙系統排出煙氣。因此，根據《火災自動報警系統設計規范》（GB 501164-2014）的相關規定，該商業建筑應對地下車庫的防煙分區進行嚴格劃分，且防煙分區不應跨越防火分區。根據這一規定，該商業建筑應對地下車庫的防煙分區進行劃分，并確保其防煙分區的面積不得超過2000m2［2］。因此，本設計將該商業建筑地下車庫劃分為四個防煙分區。
（二）防排煙量計算
1.排煙量確定
查閱文獻可知，當車庫的凈高為3m及以上時，車庫的排煙量為30000m3/h；車庫的凈高為3.1m-4.0m時，車庫的排煙量為31500m3/h；車庫的凈高為4.1m-5.0m時，車庫的排煙量為33000m3/h；車庫的凈高為5.1m-6.0m時，車庫的排煙量為34500m3/h；車庫的凈高為6.1m-7.0m時，車庫的排煙量36000m3/h。 因此，可知該商業建筑地下汽車庫負一層車庫的排煙量為31500m3/h。
2.補風量確定
根據氣流基本原理，當需要排出一個部位的空氣時，應在另外一個部位進行補風。在某商業建筑地下汽車庫中，因其防火分區設置了防火墻，且樓層要進行樓面分割，所以在某些防火區域中，并沒有直接通往戶外的車輛撤離通道，所以也意味著該商業建筑的地下車庫無自然進風條件。以上所說的區域周圍都是密封的，在排煙過程中，如果不能及時補充空氣，煙霧就不可能排到外面去。因此，按照相關規范，應增設適當的補風機，其進氣量應超過排煙量的50%。在設計中，這個比率能夠在發生火災時，做到迅速、順暢排出煙氣和熱氣［3］。本次設計中的補風量取值為排煙量的50%，所以補風量為31500×50%=15750m3/h。
3.排煙量確定
在一個排煙系統承擔多個防煙區域的情況下，排煙系統承擔的區域具有一定的凈高度。以某一防火分區為基準，任意相鄰兩個防火分區的排煙量相加，選取不同結果中的最大值［4］。
在這次的設計中，這個商業建筑的地下車庫的凈高是4m，它有四個分區排煙量都是31500m3/h。因此，這個計算是將一個防火分區內任意兩個相鄰防煙分區的排煙量求和，然后取最大值63000m3/h。
4.氣流組織分布
送風口一般設置在上部，排煙口也安裝在上部。
三、風管、風口選擇與計算
（一）風管材料選擇
在設計中，吸煙管道的材質必須要有很好的防火能力，而且管子內壁應是平滑且無毛刺［5］。在參考了一些相關的資料之后，我們知道了鍍鋅鋼管的抗腐蝕能力。因此，在這次設計中，選擇了鍍鋅鋼板，并且根據矩形截面的公式進行了計算。
（二）風口尺寸及數量計算
在該商業建筑地下汽車庫中，在使用金屬風管的情況下，排煙速度不能超過20m/s；在使用有平滑內壁的非金屬材質風管時，其排煙速度不能超過15m/s，而機械排煙管的排煙速度不能超過10m/s。故本設計中排煙風管設計風速取20m/s，排煙口設計風速取10m/s，補風口風速取10m/s。
1.排煙風口相關計算
（1）風口布置：假定排煙口面積為500mm×600mm單層百葉風口。
（2）根據Q=vA得：Q=0.5×0.6×10=3m3/s。
（3）所有防煙分區的排煙量均為31500m3/h=8.75m3/s。
（4）設取n個排煙口，n×3=8.75，得n=2.917，則n取3。
（5）一個防煙分區需要至少3個500mm×600mm的排煙口。
（6）防煙分區排煙口的實際風速v=8.75/3×0.3=9.722m/s。
2.排煙風管相關計算
以風機1為例，設A處風管尺寸為600mm×300mm，QA=?Q=10500m3/h=2.917m3/s，v=QA/SA=2.917/0.18=16.206m/s<20m/s，風管風速v=16.206m/s，B處風管尺寸為600mm×610mm，實際風速為15.937m/s，C處風管尺寸為800mm×700mm，實際風速為15.625m/s，D處風管尺寸為1400mm×800mm，實際風速為15.625m/s。
3.機械補風口相關計算
（1）風口布置：假定補風口面積為300mm×400mm單層百葉風口。
（2）根據Q=vA得：Q=0.3×0.4×10=1.2m3/s。
（3）所有分區補煙量為：31500×50%=15750m3/h=4.375m3/s。
（4）取n個補風口，n×1.2=4.375，n=3.6 ，則n取4。
（5）因此機械補風風口應取4個300mm×400mm。
（6）補風口的實際風速為：v=4.3754×0.12=9.115m/s。
四、防排煙水力計算
（一）排煙系統的水力計算
假設輸送氣體的密度為1.3m3/kg，根據查閱資料可知非圓形金屬煙道沿程摩擦阻力系數λ取0.03［6］。
（二）沿程損失
系數ξ=3，則hi=ξ·ρ/2·v2=3×1.3/2×15.6252=476.074pa。
（四）風機的總阻力
風機1帶動分區一和分區四的排煙管道。
沿程損失：Δpm=762.35pa，局部阻力損失：Δpj=1393.551pa，風機1總阻力為：
Δp=Δpm+Δpj=762.35+1393.551=2155.901pa
風機2帶動分區二和分區三的排煙管道。
沿程損失：Δpm=887.665pa，局部阻力損失：Δpj=1411.483pa，則風機2總阻力為：
Δp=Δpm+Δpj=887.665+1411.483=2299.148pa
五、風機及配套設備選擇
（一）概述
假設計算背景為僅有一個分區發生火災時，那么在選用風機時，應采用最大阻力的風機。在考慮誤差的情況下，對風機選型中的風量、風壓等參數及計算公式進行了修訂［8］。
（二）防煙分區風機的選擇
Pf=Kp×ΔP=1.2×2299.148=2758.978pa
qv，f=Kp×qv=1.2×31500=37800m3/h
根據風機風壓2758.978Pa，風機風量37800m3/h，選擇型號為5-72No.10D普通離心風機一臺：轉速1450r/min，流量40441m3/h～56605m3/h，全壓3202pa～2532pa，電動機功率25kW。
（三）補風區域風機的選擇
選擇T40系列軸流風機一臺：轉速940r/min，風量19749m3/h，全壓158pa，有效功率0.867kW，軸功率1.032kW，配用電動機功率2.2kW。
六、平面圖
結語
隨著科技的快速發展，人們對防排煙系統安全性的要求也越來越高，開展防排煙系統研究與探索，將在理論上推進防排煙技術在火災逃生安全領域向縱深發展。防排煙系統在火災中具有至關重要的作用，不僅能夠控制火勢蔓延，保障人員安全，還能降低火災損失和提高建筑安全性。因此，在建筑設計與建設中，必須對防排煙系統的設置與維修給予足夠重視，以保證在危急關頭能起到應有的作用。本次對某商業建筑地下汽車庫負一層的建筑內排煙系統設計，目的是掌握其防煙模式，明確系統的重要性。未來防排煙系統將繼續得到優化和改進，采用更先進的傳感技術和智能控制算法，實現更快速、更準確的煙霧和氣體檢測以及更高效的排煙和通風控制。此外，隨著綠色建筑和可持續發展理念的普及，未來的防排煙系統還將更加注重節能減排和環保性能的提升。總之，防排煙系統在火災中具有不可替代的作用。通過不斷的技術創新和改進，未來的防排煙系統將更好服務于消防安全，為保障人民生命財產安全作出更大貢獻。
參考文獻
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